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现代功率模块及器件应用技术(2)
发布时间:2016-07-10 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
反向恢复时间定义为trr，从t0开始到电流衰减至IRRM的20％时结束。如图14所示，将t一体电感rr细分为tf和ts，则可以得到一个用来定性描述二极管的反向恢复特性的系数，即软性系数
s=tf/ls （8）
图15示出了一个准实用的测量线路。
换流速度di/dt可由开关器件的栅极电阻来调节。Vk是直流母线电压，在电容、IGBT和二极管之间的导线上存在寄生电感。图16显示了应用双脉冲情况下IGBT的驱动信号和IGBT以及二极管的电流波形。当关断IGBT时，负载电流由IGBT切换至二极管，从而展示出二极管在该时期的恢复特性。而在开通IGBT时，IGBT也接续续流二极管的反向恢复电流。图17用较高的时间分辩率显示了这一过程。图17（a）表示了IGBT的电流和电压波形以及开通过程中的损耗；图17（b）则显示了二极管的电流和电压波形以及损耗。
图17 图15所示电路的电流、电压和功率损耗当IGBT接续续流二极管的反向峰值电流时，它的电压还处于直流母线电压〔在图17（a）中为1200V〕的水平上。此刻IGBT的开通损耗为最大值。二极管的反向恢复特性可以进一步细分为功率电感两个部分。
1）第一部分为电流上升至反向恢复电流的峰值阶段以及其后的按照di/dt速率的下降过程。对于一个软恢复二极管来说，dir/dt和di/dt的值大致相当，而反向恢复电流的峰值IRRM对开关器件的冲击则最大。
2）第二部分为拖尾电流部分，即反向恢复电流缓慢衰减至零的过程。在此过程中，trr不再具有明显的意义。因为，此时二极管上已具有电压，所以二极管内损耗的主要部分产生于拖尾过程。对于一个刚性的、不含拖尾电流的二极管来说，尽管它的开关损耗很低，可在实际中还是无法被应用。对于IGBT来说，因为，它的电压在拖尾阶段已经降至很低，所以，拖尾电流对IGBT的损耗影响差模电感并不大。
在实际应用中，与IGBT的开关损耗相比，二极管的损耗要低得多〔在图17（b）中，采用了与图17（a）中IGBT损耗相同的尺度来显示二极管的损耗〕。因此，若要使IGBT和二极管的损耗之和保持较小，则应尽量减小反向恢复电流的峰值，同时，将大部分存储电荷保留至拖尾阶段再释放。这一设计理念的实现由二极管所能散发电感器 设计的最大开关损耗所限定。所以，就一个二极管对整体损耗的影响来说，最重要的参数就是其反向峰值恢复电流IRRM，它应当尽可能地小。让我们来看一个典型的电力电子线路，例如，置于一个模块内的直流斩波器。它的寄生电感Lσges约在40nH左右，起着降低过电压的作用。因为，理想的开关并不存在，所以，在二极管反向恢复期间，IGBT的电压会有所降落。实际测得的电压值为
－V(t)=－Vk－Lσges(dir/dt)＋VCE(t) （9）
式中：VCE(t)是加在IGBT上电压的瞬时值。
对于一个典型的软恢复二极管来说，在电流上升速率不太高（≤1500A/μs）以及寄生电感为最小的情况下，电压v(t)在任一时刻都小于Vk，不存在电压尖峰。
图18显示了用这个方法来描述恢复特性的一个例子。在图18中所示电感厂家的条件下，让我们来比较两种二极管的过电压。其中一种的载流子寿命是用铂扩散的工艺来调节，通过降低p发射极的效率来获得软恢复特性；另一种是CAL二极管。在额定电流（75A）时，铂扩散的二极管同CAL二极管具有相同的软特性。但在电流较小时，由于前者的开关特性过于刚性，因而产生了过电压，其最大值在10％的额定电流时可能会大于100V。在电流更小时，由于所应用的IGBT的开关更慢，过电压也再度减小。CAL二极管则在所有这些情况下均不会出现明显的过电压。
2.1.4 对续流
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